Die seit 2007 entwickelten «Hochdurchsatz»Sequenzierungstechniken (unter verschiedenen Bezeichnungen bekannt: NGS, next generation sequencing; deep sequencing; massive parallel sequencing) haben die Forschung in medizinischer Genetik und unser diagnostisches Vorgehen bei «seltenen» und weniger seltenen Krankheiten revolutioniert. Die Forschungsresultate sind verblüffend – im Verlaufe der letzten fünf Jahre wurden ebenso viele pathogene Gene entdeckt wie in der ganzen Medizingeschichte zuvor und man kann voraussagen, dass bis 2020 alle pathogenen Gene bekannt sein werden. In der Pädiatrie sind die wesentlichsten Resultate wahrscheinlich im Bereiche der Entwicklungs- und autistischen Störungen (siehe unten) zu verzeichnen, doch ziehen alle Bereiche – neurologische, metabolische, Nieren-, Lungen-, Herzimmunologische Krankheiten usw. – Nutzen daraus. Ebenso stützt sich die Diagnostik von Infektionskrankheiten mehr und mehr auf die Sequenzierungstechnik der Virus- und Bakterien-DNA. Am weitesten fortgeschritten ist die Genomtechnik jedoch in der Onkologie: Tumore weisen komplexe genetische Abweichungen auf, und das bessere Verständnis dieser Anomalien ermöglicht eine genauere Kenntnis und Diagnostik dieser Krankheiten, und nicht zuletzt auch neue therapeutische Ansätze.
17
Die seit 2007 entwickelten «Hochdurchsatz »-
Sequenzierungstechniken (unter verschiede –
nen Bezeichnungen bekannt: NGS, next gene-
ration sequencing; deep sequencing; massive
parallel sequencing) haben die Forschung in
medizinischer Genetik und unser diagnosti –
sches Vorgehen bei «seltenen» und weniger
seltenen Krankheiten revolutioniert. Die For –
schungsr esult ate sind ver blü f fend – im Ver lau –
fe der letzten fünf Jahre wurden ebenso viele
pathogene Gene entdeckt wie in der ganzen
Medizingeschichte zuvor und man kann vor –
aus sagen, das s bis 2020 alle pathogenen G ene
bekannt sein werden. In der Pädiatrie sind die
wesentlichsten Resultate wahrscheinlich im
Bereiche der Entwicklungs- und autistischen
Störungen (siehe unten) zu verzeichnen, doch
ziehen alle Bereiche – neurologische, metabo –
lische, Nieren-, Lungen-, Herzimmunologische
Krankheiten usw. – Nutzen daraus. Ebenso
stützt sich die Diagnostik von Infektionskrank –
heiten mehr und mehr auf die Sequenzierungs –
technik der Virus- und Bakterien-DNA. Am
weitesten fortgeschritten ist die Genomtech –
nik jedoch in der Onkologie: Tumore weisen
komplexe genetische Abweichungen auf, und
das bessere Verständnis dieser Anomalien
ermöglicht eine genauere Kenntnis und Dia
–
gno
stik dieser Krankheiten, und nicht zuletzt
auch neue therapeutische Ansätze. Exomsequenzierung
in der Pädiatrie
Die Exomsequenzierung (exome sequencing)
als diagnostisches Mittel bei Kindern mit ei-
ner angeborenen Störung oder Erwachsenen
mit einer nicht diagnostizierten Krankheit ist
in vielen Ländern, insbesondere in Kanada
und den USA, ein «routinemässiges» Vorge –
hen geworden, und beginnt sich auch in Eu
–
rop
a durchzusetzen. So erhält man immer
häufiger, gleichzeitig mit klinischer Beschrei –
bung, Blutbild und biochemischen Befunden
eines Patienten, die Liste der in seinem Exom
identifizierten genetischen Varianten. Wenn
auch diese Resultate oft schwer zu interpre-
tieren sind, ist die Anzahl auf diese Weise
endgültig diagnostizierter Fälle eindrücklich.
Dieses Mit tel der molekular en A nalyse w ir d in
den nächsten Jahren ohne Zweifel zur Routine
werden. Aber worum handelt es sich eigent –
lich?
Technische Aspekte
(Tabelle 1)
Die Exomsequenzierung beruht einerseits auf
der vollständigen Entzifferung des menschli –
chen Genoms, die zu einer Referenzsequenz
aller Gene führte, und andererseits auf der Hochdurchsatz-Sequenzierung. Mit dieser
Technologie kann die Nukleotidsequenz aller
«Exome», das heisst der kodierenden Teile
unserer Gene erhalten werden. Obwohl sie
nur 2
% de
s menschlichen Genoms darstellen,
sind die Exone der Ort der meisten pathoge –
nen Mutationen (ca. 90
%).
Zur Exomsequen
–
zierung wird eine nur kleine Menge DNA be-
nötigt, die aus einer kleinen Blutentnahme
oder – in gewissen Fällen – selbst aus einer
Speichelprobe gewonnen werden kann. Die
Sequenzierung benötigt eine technische Zeit –
spanne von ca. drei Wochen (im Notfall sind
kürzere Zeiten möglich), bestehend aus der
DNA-Extraktion aus Blut (oder Speichel),
Sequenzierung und Herstellung einer Kartei
mit den verschiedenen identifizierten Varian –
ten. Der Preis dieser Analyse liegt derzeit
zwischen Fr. 1500.– und Fr. 2500.–, ein im
Vergleich zu den Kosten individueller Gense –
quenzierung (bisher zwischen Fr. 500.– und
5000.–) günstiger Preis! Die Sozialversiche –
rungen können die Kosten (zumindest für den
Patienten) übernehmen, unter der Bedingung,
dass eine vorhergehende Zusage erfolgte und
die Indikation von einem Genetiker bestätigt
wurde. Diese Bedingungen sollen «wildes»
Verschreiben verhindern und gewährleisten,
dass die Good Practice- Prinzipien betreffend
genetische Beratung und Patienteneinwilli –
gung respektiert werden (siehe unten). Ob –
wohl die Kinderärzte die klinischen und diag-
nostischen Aspekte gut kennen, bringen es
die zahlreichen Facetten der Exomsequenzie –
rung mit sich, dass die Zusammenarbeit mit
den Genetikern, inbegriffen den Genetik-Be –
raterinnen (diese in der Schweiz noch wenig
bekannte, in der Patientenkommunikation
spezialisierte Berufsgattung ist in Kanada,
den USA, Grossbritannien und Frankreich
verbreitet) unbedingt notwendig ist.
Der Teufel steckt im Detail …
Die Liste der identifizierten Varianten zu er –
halten, ist nur der erste Schritt, und dieser
erste Schritt hat technische Beschränkungen
(die Liste ist nicht ausführlich):
1.
Die
Sequenzierung erfasst nicht alle Exo
ne
zude
m qualitativ nicht gleichmässig. So
kön
nen
gew is se A bschnit te nur in b eg r enz –
tem Umfang («poor coverage») oder gar
nicht erfasst werden. Allerdings verbessert
sich die diesbezügliche Technologie beina –
he von Monat zu Monat.
2.
Die
Algorithmen zur Aneinanderreihung der
bei einem Individuum erhaltenen Sequen –
Exomsequenzierung in der Pädiatrie
Alessandra Strom, Andrea Superti-Furga, Lausanne
Übersetzung: Rudolf Schlaepfer, La Chaux-de-Fonds
Labor
a) Isolierung der Genom-DNA (Blut, Speichel/Mundabstrich, andere)
b) Amp lifikation der Exome
c)
Sequ
enzierung der Exome
d)
Hers
tellen einer Sequenzen-Datei
Bioinformatik
e) Vergleich der erhaltenen Sequenzen mit der bekannten Sequenz
f) Res ultat: ca. 25 000 «Varianten» pro Individuum
g)
Aus
scheiden synonymer Varianten (es verbleiben ca. 10 000 Varianten)
h)
Auss
cheiden gemeinsamer und bei Gesunden beobachteter Varianten
(es v
erbleiben ca. 25–200 Varianten)
Bioinformatik-klinische Diskussion
i) Kritische Evaluation jeder Variante; «sign-out conference»
Tabelle 1: Workflow der Exomsequenzierung.
Anmerkung: Die Anzahl Varianten kann von Labor zu Labor und von einem Individuum zum anderen variieren! Die
immer grösser werdende Zahl Befunde in den Datenbanken wird das Ausscheiden bei gesunden Personen beo – bach
teter Varianten («h») und damit die Identifizierung pathogener Varianten zunehmend erleichtern.
1Prof. ffRTof.ff.abi
1Prof. RTab
18
rend die wenig ausgeprägten Formen häu-
figer sind.
3.
Man
findet Mutationen in einem bekannten
Gen, aber der Phänotyp des Patienten ent-
spricht nur teilweise, oder gar nicht, dem
bereits bekannten. In dieser Situation ist es
wichtig, weitere Indizien zu erhalten: Zum
Beispiel das Vorhandensein der Mutation
–
(en
) bei weiteren Familienmitgliedern. All –
gemein w ir d of fenbar, das s ein einziges G en
mehrere Phänotypen hervorrufen kann, je
nach Art der Mutation und deren Lokalisa –
tion im Protein.
4.
Man
findet mehrere Varianten, aber keine
scheint das klinische Bild erklären zu kön-
nen. Was tun? Handelt es sich um ein tech
–
nis
ches Problem (Sequenzierung und Filt –
rierung vermochten nicht, die pathogene (n)
Mutation(en) zu identifizieren), oder aber
die pathogene Mutation befindet sich wohl
unter den identifizierten Varianten, nur ist
deren pathogene Natur noch nicht be –
kannt? Bedenkt man, dass wir die Funktion
nur eines Drittels der bekannten Gene
kennen und die übr igen z wei Dr it tel weit ge –
hend unbekannt sind, erscheint diese Erklä –
rung plausibel.
Untersuchen wir noch einige
Sonderfälle:
•
«Tr
io»-Analyse, d.
h. P
atient und beide nicht
betroffenen Eltern. In diesem Fall erhält
man die Sequenzierung dreier Individuen
und identifiziert Varianten, die beim Patien –
ten vorhanden sind, bei den Eltern aber
fehlen: Sogenannte «de novo»-Mutationen.
Diese Art Analyse hat bei der Erforschung
von Entwicklungsrückständen und «autis
–
tis
chen» Störungen wichtige Erfolge ge –
bracht: Es hat sich ergeben, dass eine
Gross
zah
l dieser Störungen durch de novo-
Mutationen bedingt sind (in den meisten
Fällen mit negativer Familienanamnese), in
G enen, die im G ehir n, genauer ges ag t in den
Synapsen exprimierte Proteine kodieren.
Diese Beobachtung bringt die Hoffnung
neuer therapeutischer Ansätze mit sich.
•
«Phen
otype matching»: Mutationen unbe –
kannter Bedeutung und das entsprechende
klinische Bild können privat und anonym
auf spezifische dafür bestimmte Webseiten
hochgeladen werden: Stellt das System
zwei ähnliche «Eingänge» fest, werden die
betreffenden Ärzte verständigt. Sie können
sich in Ver bindung set zen und ihr e Nachfor –
schungen gemeinsam weiterführen. Das
Feststellen gleichartiger Varianten bei Pati –
enten mit gleichem Phänot y p ist ein st ar kes
Aggregation Consortium»
) sehr hilfreich und
werden auch universell benutzt. Anschlies
–
send
wird die Qualität der Sequenzierung
untersucht; «schwache» Varianten (d.
h. n
ur in
einer Minderzahl Leseraster auftretend) wer –
den fallen gelassen. Schliesslich verbleibt
eine kleine, von einem Indi v iduum zum ander n
variierende Zahl Varianten, zwischen 5 und
50, manchmal bis 100, die man vorerst und
bis zur endgültigen Zuordnung als pathogen
oder «unschuldig», als «Varianten unbekannter
Bedeutung ( «variant of unknown significance»,
VUS) bezeichnet. Wie kann man alle diese Va
–
r
ian
ten voneinander unterscheiden? Verschie-
dene Szenarien sind vorstellbar (Tabelle 2) :
1.
Die
Analyse ergibt Mutationen in einem
Gen, welches bereits mit «Syndromen» oder
bekannten Krankheiten assoziiert ist, und
die den Phänotyp des Patienten erklären.
Manchmal findet man eine (oder zwei) Mu
–
tat
ionen, die in Literatur oder Datenbanken
bereits beschrieben sind. In diesem Idealfall
ist die Reaktion oft «Heureka !» und «Warum
haben wir nicht gleich daran gedacht?»
Ärzte, selbst Experten sind keine unfehlba –
ren Diagnosemaschinen, vor allem wenn es
sich um seltene Krankheiten handelt!
2.
Man
findet Mutationen in einem Gen, das
mit einem Syndrom oder einer Krankheit
assoziiert ist, und der Patient zeigt einen
nur «partiellen» Phänotyp, oder eine abge –
schwächte Form. Diese Situation ist eine
der häufigsten ! Die Erfahrung mit der Se-
quenzierung zeigt eindeutig, dass die «text-
book cases» relativ selten sind, und zudem
leicht klinisch diagnostiziert werden, wäh –
zen mit der Referenz sind nicht perfekt.
Man kann Mutationen «verpassen», oder
auch künstlich einführen. Ein durch Exom
–
sequenzierung erhaltener, möglicher Be –
fund muss deshalb oft durch konventio
–
n
elle
, gezielte Sequenzierung überprüft
werden (mit entsprechenden Mehrkosten).
3.
Die
Sequenzierung ist bei Punktmutationen
(single nucleotide substitutions) wirksam,
weniger aber zur Ortung kleiner, und gänz –
lich unwirksam bei grösseren Insertionen
oder Deletionen. Solche Mutationen sind
seltener (< 10
%),
aber bei der Diagnosestel -
lung nicht zu vernachlässigen.
4.
Es g
ibt möglicherweise noch unbekannte
oder schlecht definierte Gene, die durch die
Sequenzierung nicht abgedeckt werden;
dies ist z.
B. f
ür die Gene der Fall, welche
Mikro-RNAs kodieren und ebenfalls Krank -
heiten verursachen können.
Wie findet man die für ein
bestimmtes klinisches Bild
verantwortliche Variante?
Im Mittel findet man pro Person an die 25 000
Varianten. Wie aber findet man die für einen
bestimmten klinischen Phänotypus verant -
wortliche Mutation (oder zwei bei rezessiver
Vererbung)? Dazu bedarf es eines komplexen
Filtrationsprozesses. Es werden vorerst die
Varianten ausgeschieden, welche keinen Ein -
fluss auf das Protein ausüben, dann jene, die
bei mehreren gesunden Individuen festge -
stellt wurden und somit bestimmt nicht patho -
gen sind. Hierbei sind die ausgiebigen, in den
USA geschaffenen Datenbanken (z.
B. «
Exome
1 Bekanntes Gen, bekannter klinischer Phänotypus «Warum hat man nicht daran gedacht?»
2 Bekanntes Gen, partieller oder atypischer
klinischer Phänotypus Häufige Situation
3 Bekanntes Gen, neuer oder unerwarteter
klinischer Phänotypus Ausdehnung des klinischen Spektrums ein
und desselben Gens
4 Neues Gen, bekannter oder unbekannter
klinischer Phänotypus, die biologische Rolle
des Gens kann den Phänotyp erklären Kann im Rahmen eines Forschungspro
-
jektes, aber auch in diagnostischer
Situation vorkommen
5 Neues Gen, unbekannter oder nicht
definierter klinischer Phänotypus Der Befund erfordert eine funktionelle
Bestätigung (d.
h. im R
ahmen eines
Forschungsprojektes)
6 Mehrere Varianten identifiziert, Priorisierung
unmöglich Undiagnostizierter Fall; es besteht die
Möglichkeit, ähnliche Fälle in den Plattfor
-
men für Befundaustausch zu suchen
Tabelle 2: Mögliche Situationen nach bioinformatik-klinischer Diskussion.
Anmerkung: Bekanntes Gen = Gen mit bekannter Assoziation mit einem klinischen Phänotypus; bekannter
Phänotypus = einer bekannten spezifischen Diagnose entsprechender Phänotypus (z. B. zystische Fibrose,
Rett-Syndrom).
1Prof. ffRTof.ff.abi
1Prof. RTab
19
«Zufallsbefunde», mit allen daraus entstehen-
den etwaigen Problemen vermeiden. Zu den
am häufigsten gebrauchten Panels gehören
z.
B. j
ene für Epilepsien, Kardiomyopathien
oder Knochendysplasien. Der Nachteil der
Panels liegt in der Tatsache, dass die Kennt -
nisse über die Zusammenhänge zwischen
Genen und klinischen Phänotypen so rasch
ändern, dass die Panels sehr häufig revidiert
werden müssen. Die Kosten liegen in dersel -
ben Grössenordnung wie jene der Exomse -
quenzierung.
Anwendung in der Pädiatrie
Der Erfolg der Exomsequenzierung bei der
Erforschung genetischer Krankheiten hat
rasch zur diagnostischen Anwendung geführt.
Ist die Herausforderung angesichts eines
Kindes mit einer schwer diagnostizierbaren
Krankheit nicht mit diagnostischer «For -
schung» vergleichbar? Nicht-diagnostizierte
Fälle beim Erwachsenen und im Kindesalter
(häufig!), haben deshalb schnell an dieser
Technologie Nutzen gezogen. Für viele Fami -
lien bedeutet die Exomsequenzierung das
Ende einer langen diagnostischen Odysse. Zu
den Anwendungsbereichen gehören: Kinder
mit einem dysmorphen oder syndromalen
klinischen Bild; neurologische Krankheiten:
Früh auftretende, familiäre oder idiopathische
Epilepsie; Entwicklungsrückstände («develop-
mental disability») ; Störungen des autistischen
Spektrums; Mikrozephalien, periphere und
viele weitere Neuropathien; Krankheiten des
Gehörs und der Retina; Knochenkrankheiten;
Herzmissbildungen, insbesondere solche mit
zusätzlichen klinischen Symptomen; Magen -
darmkrankheiten; Nierenkrankheiten u.a.m.
Die Exomsequenzierung hat sich auch bei
schwerkranken Neugeborenen als hilfreich
erwiesen und, last but not least , wird bereits
erwogen, die Technik der Hochdurchsatz-
Sequenzierung in das Neugeborenenscree -
ning einzuführen. Untersucht man die Resul -
tate der grossen Zentren, so ermöglicht die
Exomsequenzierung in etwa
1/3 der Fälle eine
definitive Diagnose, mit gewissen Nuancen:
Bei wenig spezifischen Störungen (z.
B. i
so
-
lie
rter Entwicklungsrückstand) beträgt die
Erfolgsrate eher
1/4; bei komplexeren, spezifi-
schen Störungen (klinische Syndrome, Stoff
-
wech
selstörungen, Knochen-, Nieren-, Immun
-
kra
nkheiten usw.) hingegen bis zu 50
% . D
ie
Erfolgsraten der verschiedenen Zentren sind
auffallend vergleichbar; die Erfahrungen in
Lausanne mit über 200 Fällen bestätigen
diese Feststellung. Praktisch müssen gemein-
B ef unden geb en, die nicht in dir ek tem Zusam
-
menhang mit der primären diagnostischen
Abklärung stehen: Insbesondere können Pa -
tient oder Eltern entscheiden, ob sie über
solche Zufallsbefunde informiert oder nicht
informiert werden wollen. Der Patient muss
folglich schriftlich festhalten, inwieweit und
zu welchem Zeitpunkt er über einen derarti -
gen Befund informiert werden will (siehe
Einwilligungsformular der Schweizerischen
Gesellschaft für Medizinische Genetik und
Bundesgesetz über genetische Untersuchun -
gen beim Menschen). Das American College
of Medical Genetics and Genomics (ACMG )
unterhält eine gewichtete Liste von Krankhei -
ten, bei welchen eine präventive oder thera -
peutische «ärztliche Massnahme» möglich ist,
und empfiehlt, eventuelle diesbezügliche Ent -
deckungen mitzuteilen. Diese Liste umfasst
zwischen 50 und 100 Gene (z.
B. d
as Marfan-
Syndrom bedingende Fibrillin, oder das für
Brust- und Ovarialkrebs verantwortliche Gen
BRCA1). Andererseits müssen Minderjährige
vor Diagnosen geschützt werden, die im Kin -
desalter keine Konsequenzen haben. Diese
Situationen sind deshalb oft heikel, selbst
wenn die Indikation für Patient und Eltern
eindeutig ist. Die Diagnose durch Exomse -
quenzierung muss deshalb, noch mehr als
ander e genetische Test s , auf einer umfas sen -
den genetischen Beratung, und – äusserst
wichtig – auf einem soliden Vertrauensver -
hältnis zwischen Arzt und Patient, Arzt und
Eltern beruhen. Literaturdaten zeigen, dass
die Familien nach einer guten genetischen
Beratung vor der Sequenzierung, unerwarte -
ten Befunden (deren Inzidenz 5–10
% i
st) ge
-
genüber mehrheitlich offener eingestellt sind
und diese zu kennen wünschen. Es wäre
deshalb falsch, unerwarteten Resultaten ei -
nen vorbehaltlos negativen Gehalt zuzuschrei -
b en ; ein solcher B ef und kann eine f ür A r z t und
Patient schwierige Diskussion notwendig ma -
chen, kann aber auch die Möglichkeit für
Vorbeugung eröffnen und schlussendlich ein
Leben retten.
Eine pragmatische Lösung:
Gen-Panels
Je nach klinischem Bild und diagnostischer
Fragestellung beschränken gewisse Labora -
torien die Exomanalyse auf ein Panel bereits
identifizierter und mit einer bestimmten
Krankheit oder Krankheitsgruppe assoziierter
Gene; die Anzahl Gene kann von 50 bis 300
variieren. Mit diesem selektiven Vorgehen
kann man in den meisten Fällen genetische
Indiz dafür, dass es sich um pathogene
Varianten handelt.
•
Die
Sequenzierung kann bei ein und dem-
selben Individuum pathogene Mutationen
in verschiedenen Genen feststellen: Diese
Situation ist nicht selten (schätzungsweise
4–8
% In
dividuen!). Dies erlaubt manchmal,
einen Phänotyp zu erklären, der genau ge -
nommen die Summe zweier unabhängiger
Phänotypen darstellt.
•
Die
Sequenzierung kann manchmal uner
-
wartete Mutationen aufzeigen, Zufallsbe -
funde, die nicht mit dem Phänotyp in Ver-
bindung stehen, der zur Sequenzierung
führte, die jedoch klinisch relevant sein
können. Diese Situation hat wichtige ethi -
sche Konsequenzen (siehe unten).
Diese Komplexität führt dazu, dass das «Herz»
der Exomsequenzierung als diagnostischer
Test nicht die Sequenzierung an und für sich
ist, sondern die sog. «sign-out conference»,
die Besprechung der Ergebnisse. Anlässlich
dieser Konferenz besprechen Bioinformatiker
und Ärzte gemeinsam die festgestellten Vari -
anten und deren klinische Bedeutung. Es kann
sich um eine einfache ( w ie im Fall 1. ) , o der um
eine problematische Konferenz handeln, wenn
man zu Schlussfolgerungen wie in den Fällen
3 oder 4 kommt. Die zunehmende Anhäufung
von Daten in den Datenbanken macht die In -
terpretation «unbekannter Varianten» immer
einfacher, die Trennung pathogener von «un -
schuldigen» Varianten wird eindeutiger. Aus
der Exomsequenzierung sind drei Lehren zu
ziehen: 1) Eine saubere klinische Definition
und Beschreibung bringt bessere Resultate
(«next-generation sequencing demands next-
generation phenotyping») . Mit einem unklar en
klinischen Bild wird es nicht möglich sein, die
verantwortliche Mutation zu finden; 2) Es ist
mit der Exomsequenzierung einfacher, eine
Diagnose zu stellen (oder zu bestätigen), als
sie auszuschliessen; und 3) Wie bereits er-
wähnt, wurden Diagnosen von den klinischen
Experten oft nicht vermutet; diese Tatsache
legt nahe, dass wir nur die klinische Standard -
ausprägung ( Tex tb o ok ) kennen, während die
klinische Variabilität viel grösser ist, als ver -
mutet.
Diese Erwägungen führen uns dazu, uns Ge-
danken zur Einwilligung des Patienten oder
seiner Eltern (oder Vormundes) vor der Durch -
führung eines solchen Tests zu machen. In
dieser Einwilligungserklärung, die wie bei je -
der genetischen Untersuchung selbstver -
ständlich eingeholt werden muss, können der
Patient oder seine Eltern Instruktionen zu
1Prof. ffRTof.ff.abi
1Prof. RTab
20
Medical Genetics and Genomics and the Associa-
tion for Molecular Pathology. Genet Med 2015;
17(5): 405–24.
• Smith
LA, Dou
glas
J, Bra
xton
A A, Kra
mer
K. Rep
or-
ting Incidental Findings in Clinical Whole Exome Se -
quencing: Incorporation of the 2013 ACMG Recom -
mendations into Current Practices of Genetic
Counseling. J Genet Couns 2015 Aug; 2 4(4): 654–62.
• H e h i r - Kw a
J Y
,
C l
a u s t r e s
M , H a
s t i n g s
R J
,
v a
n
R a
v e n s-
waaij-Arts C, Christenhusz G, Genuardi M, et al.
Towards a European consensus for reporting inci -
dental findings during clinical NGS testing. Eur J
Hum Genet 2015; 23(12): 1601–6.
• Amendola
LM, Lau
tenbach
D, Scollon S, Ber
nhardt
B, Bi
swas S, East K, et al. Illustrative case studies
in the return of exome and genome sequencing
results. Per Med 2015; 12(3): 283–95.
• Darnell
AJ, Aus
tin
H, Blu
emke
DA, Can
non
RO 3rd
,
Fis
chbeck K, Gahl W, et al.
• A
Cli
nical
Ser
vice
to Sup
port
the Ret
urn
of Se-
co
ndary Genomic Findings in Human Research. Am
J Hum Genet 2016 Mar 3; 98(3): 435–41.
Exomsequenzierung und intellektuelle
Behinderung
• De
Lig
t
J, Wil
lemsen
MH, van Bon BW, Kle
efstra
T, Ynt
ema HG, Kroes T, et al. Diagnostic exome se -
quencing in persons with severe intellectual disa -
bility. N Engl J Med 2012 Nov 15; 367(20): 1921–9.
• Rauch
A, Wie
czorek
D, Gra
f
E, Wie
land
T, End
ele
S, Sch
warzmayr T, et al Range of genetic mutations
associated with severe non-syndromic sporadic
intellectual disability: an exome sequencing study.
Lancet 2012 Nov 10; 380(9854): 1674–82.
• Wright
CF, Fit
zgerald
T W, Jon
es
WD, Cla
yton
S, McR
ae JF, van Kogelenberg M, et al. Genetic diag -
nosis of developmental disorders in the DDD study:
a scalable analysis of genome -wide research data.
Lancet 2015 Apr 4; 385(9975): 1305–14.
Exomsequenzierung und Autismus
• Sanders
SJ, Mur
tha
MT, Gup
ta
AR, Mur
doch
JD, Rau
beson MJ, Willsey AJ, et al. De novo mutations
revealed by whole-exome sequencing are strongly
associated with autism. Nature 2012 Apr 4;
485(7397): 237–41.
• Neale
BM, Kou Y, Liu L, Ma’
ayan
A, Sam
ocha
KE, Sab
o A, et al. Patterns and rates of exonic de novo
mutations in autism spectrum disorders. Nature
2012 Apr 4; 485(7397): 242–5.
• O’Roak
BJ
,
Vi
ves
L, Gi
rirajan
S, Kar
akoc
E, Kr
umm
N, Co
e BP, et al. Sporadic autism exomes reveal a
highly interconnected protein network of de novo
mutations. Nature 2012 Apr 4; 485(7397): 246–50.
• Tammimies
K, Mars
hall
CR, Wal
ker
S, Kaur G, Thi
ru-
vahindrapuram B, Lionel AC, et al. Molecular Dia -
gnostic Yield of Chromosomal Microarray Analysis
and Whole - Exome Sequencing in Children With
Autism Spectrum Disorder. JAMA 2015 Sep 1;
314(9): 895–903.
Neue Sequenzierungstechniken
und pädiatrische Onkologie
• B e l t r a n
H , E n
g
K , M o
s q u e r a
J M
,
S i
g a r a s
A , Ro
m a n e l
A, Re
nnert H, et al. Whole - Exome Sequencing of
Metastatic Cancer and Biomarkers of Treatment
Response. JAMA Oncol 2015 Jul; 1(4): 466–74.
• Parsons
DW, Roy A, Yan
g
Y, Wan
g
T, Sco
llon
S, Ber
gstrom K, et al. Diagnostic Yield of Clinical
Tumor and Germline Whole-Exome Sequencing for
Children With Solid Tumors. JAMA Oncol 2016 Jan
28. doi: 10.1001/jamaoncol. 2015.5699. [Epub
ahead of print].
• M o d y
R J
,
Wu Y M
,
Lo
n i g r o
R J
,
C a
o
X , Ro
yc h o w d h u r y
S, Va
ts P, et al. Integrative Clinical Sequencing in
the Management of Refractory or Relapsed Cancer
in Youth. JAMA 2015 Sep 1; 314(9): 913–25.
• Hennekam RC
, Bie
secker LG
. Ne
xt-generation se -
q
uencing demands next-generation phenotyping.
Hum Mutat 2012; 33: 884–6.
• Biesecker
LG
,
Gr
een
RC
.
Di
agnostic
cl
inical
ge
no -
me and exome sequencing. N Engl J Med 2014 Jun
19; 370(25): 2418–25.
• Yang
Y, Muz
ny
DM, Xia F, Niu Z, Per
son
R, Din
g
Y et al. M
olecular findings among patients referred for
clinical whole-exome sequencing. JAMA 2014 Nov
12 ; 312(18): 1870 - 9.
• Chong
JX, Buc
kingham
KJ, Jha
ngiani
SN, Boe
hm
C, Sob
reira N, Smith JD, et al. The Genetic Basis of
Mendelian Phenotypes: Discoveries, Challenges,
and Opportunities. Am J Hum Genet 2015 Aug 6;
97(2): 199–215.
• Philippakis
A A, Azz
ariti
DR, Bel
tran
S, Bro
okes
AJ, Bro
wnstein CA, Brudno M, et al. The Matchmaker
Exchange: a platform for rare disease gene disco -
ver y. Hum Mutat 2015 Oct; 36(10): 915–21.
• Retterer
K, Juu
sola
J, Cho MT, Vit
azka
P, Mil
lan
F, Gibe
llini F, et al. Clinical application of whole-exo -
me sequencing across clinical indications. Genet
Med 2015 Dec 3. doi: 10.1038/gim.2015.148. [Epub
ahead of print].
• Lazaridis
KN, Schahl KA, Cousin MA, Babo
vic-
Vuksanovic D, Riegert-Johnson DL, Gavrilova RH,
et al. Outcome of Whole Exome Sequencing for
Diagnostic Odyssey Cases of an Individualized
Medicine Clinic: The Mayo Clinic Experience. Mayo
Clin Proc 2016 Mar; 91(3): 297–307.
• Saw yer
SL, Har
tley
T, Dym
ent
DA, Bea
ulieu
CL, Sch
wartzentruber J, Smith A, et al. Utility of whole -
exome sequencing for those near the end of the
diagnostic odyssey: time to address gaps in care.
Clin Genet 2016 Mar; 89(3): 275–84.
• Gahl
WA, Mul
vihill
JJ, Tor
o
C, Mar
kello
TC, Wis
e
AL, Ram
oni RB, et al. The NIH Undiagnosed Diseases
Program and Network: Applications to modern
medicine. Mol Genet Metab 2016 Jan 22. pii:
S10 96 -7192(16) 3 0 0 0 6 - 3 .
Übersichtsarbeiten zur Anwendung
der Exomsequenzierung in der Pädiatrie
• Grody
WW, Thom
pson
BH, Hud
gins
L. Whole
-exo -
me/genome sequencing and genomics. Pediatrics
2013 Dec; 132(Suppl 3): S211–5.
• Biesecker
LG
,
Bi
esecker
BB. An ap
proach
to pe
di -
atric exome and genome sequencing. Curr Opin
Pediatr 2014 Dec; 26(6): 639–45.
• Valencia
CA, Hus
ami
A, Hol
le
J, Joh
nson
JA, Qia
n
Y, Mat
hur A, et al. Clinical Impact and Cost- Ef fective -
ness of Whole Exome Sequencing as a Diagnostic
Tool: A Pediatric Center’s Experience. Front Pedia -
tr.2015 Aug 3; 3: 67.
• Thif fault
I, Lan
tos
J. The Cha
llenge
of Ana
lyzing
the Res
ults of Next-Generation Sequencing in Child -
ren. Pediatrics 2016 Jan; 137 Suppl 1: S3–7.
Artikel zur Interpretation von Varianten und Mittei -
lung unerwarteter Befunde an Patient und Familie
• G r e e n
RC
,
B e
r g
J S
,
G r
o d y
W W
,
K a
l i a
S S
,
Ko
r f
B R
,
et al. «
ACMG recommendations for reporting of inci -
dental findings in clinical exome and genome se -
quencing». Genet Med 15: 565–574 (2013).
• Burke
W, Ant
ommaria
AH, Ben
nett
R, Bot
kin
J, Cla
yton EW, Henderson GE, et al. Recommenda -
tions for returning genomic incidental findings? We
need to talk! Genet Med 2013; 15(11): 854–9.
• Lawrence
L, Sin
can
M, Mar
kello
T, Ada
ms
DR, Gil
l
F, Go
dfrey R, et al. The implications of familial in -
cidental findings from exome sequencing: the NIH
Undiagnosed Diseases Program experience. Genet
Med 2014; 16(10): 741–50.
• Richards
S, Azi
z
N, Bal
e
S, Bic
k
D, Das S, Gas
tier-
Foster J, et al. Standards and guideline for the in -
terpretation of sequence variants: a joint consen -
sus recommendation of the American College of same pädiatrisch-genetische, allen betroffe -
nen Spezialisten zugängliche Sprechstunden
geplant werden, mit Fallbesprechung, ge
-
n aue
r Beschreibung des Phänotypus und ge -
meinsam erarbeiteter Fragestellung an die
Exomsequenzierung. Ebenso wichtig ist die
Vermittlung der Befunde, unter Einbeziehung
des Kinderarztes, der im Zentrum des Netz -
werkes rund um Kind und Familie verbleiben
und sie begleiten muss.
Perspektiven
Die Exomsequenzierung hat schwindelerre -
gende Fortschritte in Identifizierung und Ver -
ständnis der für genetische Krankheiten ver -
antwortlichen Gene gebracht, und damit der
Entwicklung neuer therapeutischer Ansätze
den Weg geöffnet. Wenn die Technologie und
deren Anwendungsbereiche weiterhin mit
derselben Geschwindigkeit fortschreiten (was
angesichts der progressiv sinkenden Kosten
und der Fortschritte beim Interpretieren der
Befunde als wahrscheinlich erscheint), werden
alle Bereiche der Medizin betroffen sein; die
Zeit des «genotype first, think after» scheint,
auch wenn dies allem entgegen geht, was wir
während unserer Ausbildung gelernt haben,
nicht mehr fern. Es ist faszinierend zu beob -
achten, dass die Rolle des Arztes dadurch
nicht geschwächt wird; der Arzt verbleibt im
Zentrum des diagnostischen Prozesses, er gibt
eine sorgfältigen Beschreibung des Phänoty -
pus, stellt ein Vertrauensverhältnis mit der
Familie her und sichert die weitere Betreuung,
die durch neue therapeutische Möglichkeiten
bereichert wird. Letzterer Punkt ist vielver -
sprechend: Immer mehr Störungen finden eine
gezielte Therapie, auf dem Verständnis der
genetischen und biochemischen Ursachen
gründend. Misstrauen oder gar Befürchtungen
dieser Entwicklung gegenüber sind deshalb
unberechtigt. Die Zu
sam mena
rbeit zwischen
Kinderärzten und Genetikern muss intensiver
gestaltet werden; die neue Ärztegeneration
wird Informationen zur Genomik in die klini -
sche Praxis integrieren müssen. Die Pädiatrie
hat im Verlaufe des 20. Jahrhunderts die Ge -
burt der medizinischen Genetik erlebt und
bleibt an vorderster Front des Fortschrittes;
eine Gelegenheit, die genutzt werden muss.
Referenzen
Übersichtsarbeiten zur praktischen Anwendung
der Exomsequenzierung
• Ku
C S
,
C o
o p e r
D N
,
Po
l yc h r o n a ko s
C , N a
i d o o
N , Wu M, So
ong R. Exome sequencing: dual role as a
discovery and diagnostic tool. Ann Neurol 2012 Jan;
71(1): 5 –14.
1Prof. ffRTof.ff.abi
1Prof. RTab
21
DanksagungWir danken allen an der Implementierung des klinisch - en Exoms beteiligten Kollegen am CHUV und der Uni -
versität Lausanne (Luisa Bonafé, Sheila Unger, Beryl
Royer-Bertrand, Belinda Campos-Xavier, Lauréane
Mittaz- Crettol, Fréderic Barbey, Nuria Garcia, Diana
Ballhausen, Marie-Claude Addor, Laurence Fellmann,
Jaqueline Pouw-Schoumans, Carlo Rivolta, Keith Har -
shman, Jean-Blaise Wasserfallen) für ihre Zusammen -
arbeit, und dass wir an ihren Erfahrungen und Meinun -
gen teilhaben konnten.
Korrespondenzadresse
Prof. Andrea Superti-Furga
Centre Hospitalier Universitaire Vaudois
(CHUV)
1011 Lausanne
asuperti @ unil.ch
Die Autoren haben keine finanzielle Unterstüt -
zung und keine anderen Interessenkonflikte
im Zusammenhang mit diesem Beitrag dekla-
riert.
• Gajjar A, Bow ers DC, Kar ajannis MA, Lea r y S, Wit t H, Go
ttardo NG. Pediatric Brain Tumors: Innovative
Genomic Information Is Transforming the Diag -
nostic and Clinical Landscape. J Clin Oncol 2015
Sep 20; 33(27): 2986–98.
• Damodaran
S, Ber
ger
MF, Roy
chowdhury
S. Clin
ical
tumor
sequencing: opportunities and challenges
for precision cancer medicine. Am Soc Clin Oncol
Educ Book 2015:e175–82.
• McCullough
LB, Sla
shinski
MJ, McG
uire
AL, Str
eet
RL J
r, Eng CM, Gibbs RA, Parsons DW, Plon SE. Is
Whole-Exome Sequencing an Ethically Disruptive
Technology? Perspectives of Pediatric Oncologists
and Parents of Pediatric Patients With Solid Tumors.
Pediatr Blood Cancer 2016 Mar; 63(3): 511–5.
Anwendung der Exomsequenzierung
bei spezifischen pädiatrischen Krankheiten
• Nolan
D, Car
lson
M. Who
le
Exo
me
Seq
uencing
in Ped
iatric Neurology Patients: Clinical Implications
and Estimated Cost Analysis. J Child Neurol 2016
Feb 10. pii: 0883073815627880. [Epub ahead of
print].
• Homsy
J, Zai
di
S, She
n
Y, War
e
JS, Sam
ocha
KE, Kar
czewski KJ, et al. De novo mutations in conge -
nital heart disease with neurodevelopmental and
other congenital anomalies. Science 2015 Dec 4;
350(6265): 1262–6.
• Braun
DA, Sch
ueler
M, Hal
britter
J, Gee HY, Por
ath
JD, L
awson JA, et al. Whole exome sequencing
identifies causative mutations in the majority of
consanguineous or familial cases with childhood-
onset increased renal echogenicity. Kidney Int
2015 Oct 21. doi: 10.1038/ki.2015.317. [Epub
ahead of print].
• Todd
EJ, Yau KS, Ong R, Sle
e
J, McG
illivray
G, Bar-
n
ett CP, et al. Next generation sequencing in a
large cohort of patients presenting with neuromu -
scular disease before or at birth. Orphanet J Rare
Dis 2015 Nov 17; 10: 148.
• B a d e m c i
G , F o
s te r
J , M a
h d i e h
N , B o
ny a d i
M , D u
m a n
D, Ce
ngiz FB, et al. Comprehensive analysis via
exome sequencing uncovers genetic etiology in
autosomal recessive nonsyndromic deafness in a
large multiethnic cohort. Genet Med 2015 Jul 30.
doi: 10.1038/gim.2015.89. [Epub ahead of print].
• Kelsen
JR, Daw
any
N, Mor
an
CJ, Pet
ersen
BS, Sar-
m
ady M, Sasson A, et al. Exome sequencing analy -
sis reveals variants in primary immunodeficiency
genes in patients with ver y early onset inflammato -
r y bowel disease. Gastroenterology 2015 Nov;
149(6): 1415 –24.
• Petrikin
JE, Wil
lig
LK, Smi
th
LD, Kin
gsmore
SF. Ra-
pi
d whole genome sequencing and precision neo -
natology. Semin Perinatol 2015 Dec; 39(8): 623–31.
• Willig
LK, Pet
rikin
JE, Smi
th
LD, Sau
nders
CJ, Thi
f-
fault I, Miller NA, et al. Whole -genome sequencing
for identification of Mendelian disorders in critical -
ly ill infants: a retrospective analysis of diagnostic
and clinical findings. Lancet Respir Med 2015 May;
3(5): 377–87.
• De
Fra
nco
E, Ell
ard
S. Gen
ome,
Exo
me,
and Tar
ge-
ted Next-Generation Sequencing in Neonatal Dia -
betes. Pediatr Clin North Am 2015 Aug; 62(4):
10 37– 5 3 .
1Prof. ffRTof.ff.abi
1Prof. RTab
Weitere Informationen
Autoren/Autorinnen
Alessandra Strom Prof. Dr. med. Andrea Superti-Furga , Service de Médecine Génétique, Centre Hospitalier Universitaire Vaudois, Lausanne Andreas Nydegger